JP2022136745A - Analysis device, analysis method and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、解析装置、解析方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to an analysis device, analysis method and program.
鉄鋼材料を生産、開発する上では、炭素、マンガン、珪素などの合金元素が積極的に用いられる。特に、炭素は、添加量の調整や加工熱処理を経ることで、セメンタイト等の化合物を生成し、ベイナイト、パーライト等の組織を発現する。また、マンガンについては、オーステナイト組織を安定化させる働きを持つ。また、珪素は、フェライト組織の生成を促進する働きや、焼入れ性を向上させる働きを持つ。これらの組織の相分率、粒形状といった形態的な様相は、最終的な製品の機械特性、化学特性に影響する。さらに、所望の特性を制御するために、クロム、ニッケル、ニオブ、ホウ素等の組織を添加することもある。また、加工熱処理においても、熱延、冷延、焼きなまし、焼入れ、焼き戻し等の処理を単独、もしくは複数組み合わせることで、特性を制御する。その結果、最終的な鋼材中には、マルテンサイト、ベイナイト、フェライト、パーライト、オーステナイト、その他析出物等を含み、多種多様なミクロ組織、およびその分布を発現する。これらの分析(組織識別)には、光学顕微鏡(OM)、走査電子顕微鏡(SEM)、電子線後方散乱回折(EBSD)法、電子線プローブマイクロアナライザー(EPMA)、透過電子顕微鏡(TEM)などの様々な分析機器を駆使し、そのマップデータを活用して、目視による組織推定、濃度分布からの合金組成の定量化、局所的な方位解析などを行う。 Alloying elements such as carbon, manganese and silicon are actively used in the production and development of steel materials. In particular, carbon generates compounds such as cementite and develops structures such as bainite and pearlite by adjusting the amount of addition and undergoing heat treatment. Moreover, manganese has a function of stabilizing the austenite structure. In addition, silicon has a function of promoting the formation of ferrite structure and a function of improving hardenability. Morphological aspects such as the phase fraction and grain shape of these structures affect the mechanical and chemical properties of the final product. Additionally, structures such as chromium, nickel, niobium, and boron may be added to control desired properties. Also in the heat treatment, the properties are controlled by single or multiple treatments such as hot rolling, cold rolling, annealing, quenching, and tempering. As a result, the final steel material contains martensite, bainite, ferrite, pearlite, austenite, other precipitates, etc., and exhibits a wide variety of microstructures and their distributions. These analyzes (tissue identification) include optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), electron backscatter diffraction (EBSD) techniques, electron probe microanalyzer (EPMA), transmission electron microscopy (TEM), etc. Making full use of various analytical instruments and utilizing the map data, we perform visual structure estimation, quantification of alloy composition from concentration distribution, local orientation analysis, etc.
その中で、鋼材の特性をミクロ組織の画像に基づいて推定する技術が提案されている。例えば、特許文献1には、材料の走査電子顕微鏡画像に基づきニューラルネットワークモデルにより材料の材料特性を推定し、推定結果が推定の確信度情報を含む技術が記載されている。また、特許文献2には、鋼材を研削したときに発生する火花の画像データを入力データとし、鋼材の成分情報を教師データとして、画像データから鋼材の成分を推定するための学習済みモデルを機械学習により構築する技術が記載されている。
Among them, a technique for estimating the properties of steel materials based on images of microstructures has been proposed. For example,
上記のような画像処理および機械学習を利用した材料の特性推定の技術によれば、従来のような熟練者による目視判定によらずに組織や析出物、介在物などの情報を数値化することができる。しかしながら、上記の技術では入力データとして同じ手法で撮像された画像を想定しているため、撮影の条件変更に対応したり、組織に応じて識別に適した画像の種類を選択したりすることが困難であった。 According to the technology for estimating material properties using image processing and machine learning as described above, it is possible to quantify information such as structures, precipitates, and inclusions without relying on conventional visual judgment by experts. can be done. However, since the above technology assumes images captured by the same method as input data, it is possible to adapt to changes in imaging conditions and to select the type of image suitable for identification according to the tissue. It was difficult.
そこで、本発明は、マップデータを用いた鋼材のミクロ組織の特性推定の汎用性および定量性を担保し、可用性を向上させることが可能な解析装置、解析方法およびプログラムを提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide an analysis apparatus, an analysis method, and a program that can secure the versatility and quantification of the characteristic estimation of the microstructure of steel materials using map data and improve the availability. do.
本発明のある観点によれば、鋼材のミクロ組織を表現するマップデータを取得するデータ取得部と、前記マップデータに関連付けられたタグ情報に応じて構築された学習モデルを用いて前記マップデータの要素をセグメントに分類するセグメンテーション部とを備える解析装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a data acquisition unit that acquires map data expressing the microstructure of a steel material; and a learning model constructed according to tag information associated with the map data. and a segmentation unit for classifying elements into segments.
本発明の別の観点によれば、鋼材のミクロ組織を表現するマップデータを取得するステップと、前記マップデータに関連付けられたタグ情報に応じて構築された学習モデルを用いて前記マップデータの要素をセグメントに分類するステップとを含む解析方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, acquiring map data expressing the microstructure of a steel material; into segments.
本発明のさらに別の観点によれば、鋼材のミクロ組織を表現するマップデータを取得するデータ取得部と、前記マップデータに関連付けられたタグ情報に応じて構築された学習モデルを用いて前記マップデータの要素をセグメントに分類するセグメンテーション部とを備える解析装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムが提供される。 According to still another aspect of the present invention, a data acquisition unit that acquires map data expressing the microstructure of a steel material; A program is provided for causing a computer to function as an analysis device comprising a segmentation unit that classifies elements of data into segments.
上記の構成によれば、マップデータにタグ情報を関連付け、タグ情報に応じて構築された学習モデルを用いてセグメンテーションを実行するため、例えばデータの取得手法や撮影条件の変更に応じて最適な学習モデルを用いてセグメンテーションを実行し、鋼材のミクロ組織の特性推定の汎用性および定量性を担保し、可用性を向上させることができる。 According to the above configuration, tag information is associated with map data, and segmentation is performed using a learning model built according to the tag information. Segmentation can be performed using the model, ensuring versatility and quantitativeness in estimating the characteristics of the microstructure of steel materials, and improving availability.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.
図1は、本発明の一実施形態に係る解析装置の概略的なブロック図である。図示されるように、解析装置100は、データ取得部101と、セグメンテーション部102と、モデル構築部103と、後処理部104と、結果出力部105と、信頼度算出部106と、モデル更新部107と、データ修正指示部108と、データ修正部109と、特性予測部110とを含む。解析装置100は例えばCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、記憶装置、通信装置、入出力手段などを備えるコンピュータであり、上記の機能部分はプロセッサがプログラムに従って動作することによって実現される。プログラムは、記憶装置に格納されるか、またはリムーバブル記憶媒体に格納されて解析装置100に読み込まれる。また、解析装置100のデータベースには、鋼材のミクロ組織の画像データまたは局所分析データがマップデータ121として格納され、学習モデルのアルゴリズムおよびパラメータがモデルデータ122として格納され、後述するセグメンテーション部102による分類結果(後処理部104により後処理が施された後の分類結果を含む)が結果データ123として格納される。
FIG. 1 is a schematic block diagram of an analysis device according to one embodiment of the present invention. As illustrated, the
上記のような解析装置100は、例えば単一のコンピュータによって実装されてもよいし、複数のコンピュータに分散して実装されてもよい。また、解析装置100の機能部分の少なくとも一部が1または複数のサーバ装置において実装され、クライアント装置からデータまたは処理要求を送信することによって処理が実行されてもよい。以下、それぞれの機能部分についてさらに説明する。
The
データ取得部101は、鋼材のミクロ組織を表現するマップデータ121の例である画像データまたは局所分析データを取得する。取得されるデータは、例えば光学顕微鏡(OM)画像、走査電子顕微鏡(SEM)画像もしくは透過電子顕微鏡(TEM)画像のような画像データ、または電子線プローブマイクロアナライザー(EPMA)もしくは電子線後方散乱回折(EBSD)法で取得された局所分析データを含む。このようなデータは、所定領域内での位置情報を持つ要素に、例えば輝度や結晶方位、成分組成などの1または複数の値がマップされているという点で共通しているため、解析装置100による解析において同じように扱うことができる。このようなデータを、本明細書ではマップデータともいう。以下の説明では、マップデータ121の要素と値との組み合わせの集合を画像という場合があるが、この表現がマップデータ121を画像に限定しないのは上述のとおりである。
The
本実施形態において、データ取得部101が取得するマップデータ121には、タグ情報が関連付けられる。鋼材の画像データまたは局所分析データの場合、例えばOM、SEM、EPMAまたはEBSDのようなデータの取得手法がタグ情報として個々のマップデータ121に関連付けられる。さらに、鋼材の鋼種区分(薄板、厚板、または鋼管など)、組成、熱処理、エッチング条件、または画像データもしくは局所分析データの撮影条件(SEM線源の種類など)がタグ情報として個々のマップデータ121に関連付けられてもよい。さらに、異なる種類のマップデータをタグ情報の類似性に基づき組み合わせることによって、例えばRGB画像のように、複数のチャンネルを持つマップデータをデータベースより新たに作成し、学習に供しても良い。また、タグ情報は、画像データまたは局所分析データの取得時に抽出可能な情報を含んでもよい。具体的には、例えば、EPMAデータでは取得時に鋼材の成分組成の情報を抽出でき、EBSDからは、フェライト、オーステナイト等の相分率、平均結晶粒径などが抽出でき、SEMおよびOMでは取得時に鋼材の炭素量の目安量が抽出できる。
In this embodiment, the
図2は、図1の例においてマップデータに関連付けられるタグ情報の一例を示す図である。画像ファイル(マップデータ)に関連付けられるタグ情報には、測定機器の種類、測定条件、鋼材の各化学成分の組成、各組織の種類、各組織の分率、結晶粒径(平均、分布)、熱処理温度、熱処理速度の履歴などの項目から適宜取捨選択したものが含まれる(複数の項目が含まれていることが好ましい)。例えば、タグ情報は、鋼材の鋼種区分、組成、熱処理、エッチング条件、または画像データもしくは局所分析データの撮影条件の少なくともいずれかを含む。図2に示す例では、測定機器(SEM)、組成を示すフェライト分率、オーステナイト分率、フェライト平均粒径、C組成、Mn組成、Si組成、焼なまし温度および冷却速度などの項目を含む。タグ情報の項目は、例えば製造時の記録や別途の測定または解析によって取得されたものであってもよいし、上述のように画像データもしくは局所分析データの取得時に抽出されたものであってもよい。なお、タグ情報に含める項目は、後述するセグメンテーションで良い結果が出ない場合(図3において示すステップS104でYESとならない場合など)には、適宜、追加、削除など変更してもよい。 FIG. 2 is a diagram showing an example of tag information associated with map data in the example of FIG. The tag information associated with the image file (map data) includes the type of measuring equipment, measurement conditions, composition of each chemical component of steel, type of each structure, fraction of each structure, grain size (average, distribution), Items appropriately selected from items such as the history of heat treatment temperature and heat treatment rate are included (preferably multiple items are included). For example, the tag information includes at least one of the steel grade classification, composition, heat treatment, etching conditions, or imaging conditions for image data or local analysis data. In the example shown in FIG. 2, items such as measuring equipment (SEM), ferrite fraction indicating composition, austenite fraction, ferrite average grain size, C composition, Mn composition, Si composition, annealing temperature and cooling rate are included. . The item of tag information may be, for example, recorded at the time of manufacture or obtained by separate measurement or analysis, or may be extracted at the time of obtaining image data or local analysis data as described above. good. Note that items to be included in the tag information may be changed, such as by addition or deletion, as appropriate when the segmentation described later does not produce good results (such as when YES is not obtained in step S104 shown in FIG. 3).
セグメンテーション部102は、データ取得部101が取得したマップデータ121の要素を、学習モデルを用いてセグメントに分類する。この処理を本明細書ではセグメンテーションともいう。ここで、上記の通りマップデータ121は位置情報を持つ要素に値がマップされたデータであるため、セグメンテーションは個々の要素にマップされた値、および所定の位置関係にある要素間での値の関係に基づいて要素をセグメントに分類する処理である。学習モデルには、例えばS. M. Azimi, D. Britz, M. Engstler, M. Fritz and F. Mucklich, "Advanced Steel Microstructural Classification by Deep Learning Methods," Scientific Reports, 8 (2018), 2128に記載されたようなFCNN(Fully Convolutional Neural Network)系のモデルや、W. Wang, et al., "Learn to segment single cells with deep distance estimator and deep cell detector," Computers in Biology and Medicine, Vol. 108, May 2019, pp. 133-141に記載されたようなCNNハイブリッドモデルのようなアルゴリズムが用いられる。本実施形態において、セグメンテーション部102による分類結果は、学習モデルが算出する、それぞれの要素がセグメントに分類される確率として与えられる。
The
モデル構築部103は、セグメンテーションの対象になるマップデータ121に関連付けられたタグ情報に応じて、セグメンテーション部102が用いる学習モデルを構築する。モデル構築部103は、例えばセグメンテーションの対象になる画像データまたは局所分析データのタグ情報によって示されるデータの取得手法(例えばOM、SEM、EPMAまたはEBSD)に対応して予め設定された学習モデルのアルゴリズムを選択してもよい。あるいは、モデル構築部103は、セグメンテーションの対象になる画像データまたは局所分析データのタグ情報によって示されるデータの取得手法について、過去の解析において後述する信頼度が高いことが示された学習モデルのアルゴリズムを選択してもよい。モデル構築部103は、モデルデータ122からアルゴリズムやパラメータを読み込むことによってモデルを構築する。後述するように、モデル構築部103は、蓄積された画像データまたは局所分析データを教師データとして読み込むことによって学習モデルの追加学習または再学習を実行してもよい。
The
後処理部104は、セグメンテーション部102による分類結果を出力するための後処理を実行する。具体的には、例えば、後処理部104はOpenCVライブラリを用いた画像のラベリングおよび膨張収縮処理を実行する。後処理部104は、例えばナレッジベースでの画像の修正を実行してもよい。例えば、他のセグメントに囲まれた閾値以下の大きさのセグメントが存在する場合は、当該セグメントを他のセグメントで塗りつぶしてもよい。また、後処理部104は、所定の条件またはパターンに従って画像に含まれるノイズを除去してもよい。なお、セグメンテーション部102による分類結果は、入力が局所分析データである場合も画像データとして出力されうる。
The
結果出力部105は、セグメンテーション部102による分類結果(後処理部104により後処理が施された後の分類結果を含む)を出力する。具体的には、上述のようにセグメンテーション部102による分類結果は画像として出力されるため、結果出力部105は、例えば画像をディスプレイに出力したり、画像データを記憶装置またはリムーバブル記憶媒体に格納したりしてもよい。また、結果出力部105は、セグメンテーション部102による分類結果をデータベースに結果データ123として出力するとともに、蓄積された結果データ123に基づいて後述する特性予測部110によって実行された鋼材のミクロ組織の特性の予測結果を出力してもよい。
The
信頼度算出部106は、セグメンテーション部102による分類結果(後処理部104により後処理が施された後の分類結果を含む)の信頼度を算出する。上述のように、セグメンテーション部102による分類結果は、それぞれの要素がセグメントに分類される確率として与えられる。従って、同じセグメントに分類された要素の間でも、より高い確率(例えば100%に近い確率)が算出された要素と、低い確率(例えば50%に近い確率)が算出された要素との間では、分類結果の信頼度が異なる。例えば、信頼度算出部106は、分類されたセグメントの確率が閾値よりも低い要素によって構成される領域を、信頼度が低い領域として特定してもよい。
The
モデル更新部107は、信頼度算出部106によって算出された信頼度に応じて、モデル構築部103が構築する学習モデルを更新する。例えば、モデル更新部107は、セグメンテーション部102による分類結果における信頼度が低い領域の面積割合が閾値を超える場合に、モデルを更新してもよい。ここで、面積割合とは、セグメンテーションの対象になる画像データまたは局所分析データの全要素数(例えば全画素数)に対して、信頼度が所定の閾値より低い領域を構成する要素数(例えば画素数)の割合である。具体的には、モデル更新部107は、セグメンテーションの対象になる画像データまたは局所分析データのタグ情報に基づいてデータベースから抽出された画像データまたは局所分析データを教師データとして用いて、モデル構築部103に学習モデルの追加学習または再学習を実行させることにより学習モデルを更新してもよい。抽出される教師データは、例えばセグメンテーションの対象になる画像データまたは局所分析データとタグ情報が共通または類似するマップデータである。具体的には、鋼材の画像データまたは局所分析データにおいて、鋼種区分(薄板、厚板、または鋼管など)、組成、熱処理、エッチング条件、撮影条件(SEM線源の種類など)が共通または類似するものが教師データとして抽出される。したがって、モデル更新部107は、セグメンテーションの対象になる画像データまたは局所分析データ(マップデータ)に関連付けられたタグ情報と共通または類似するタグ情報をデータベースから抽出し、抽出されたタグ情報に関連付けられたマップデータを用いて学習モデルの追加学習または再学習を実行する。なお、例えばA. Seko, H. Hayashi, I. Tanaka, "Compositional descriptor-based recommender system for the materials discovery" J. Chem. Phys. Vol. 148 No. 24 (2018), 241719に記載された手法やユークリッド距離、コサイン類似度などの指標を用いて、セグメンテーションの対象になる画像データまたは局所分析データにデータ自体が類似するものを教師データとして抽出してもよい。
The
あるいは、モデル更新部107は、モデル構築部103が構築する学習モデルのアルゴリズムまたはネットワーク構造を、セグメンテーションの対象になる画像データまたは局所分析データのタグ情報に基づいて変更してもよい。この場合において、モデル構築部103は、変更後のアルゴリズムについて既にモデルデータ122として格納されたパラメータを読み込んでもよいし、上述した手法によって新たに教師データを抽出して追加学習または再学習を実行してもよい。例えば、モデル更新部107は、教師データを抽出して学習モデルの追加学習または再学習を実行しても信頼度が改善されない場合に、学習モデルのアルゴリズムまたはネットワーク構造を変更してもよい。
Alternatively, the
データ修正指示部108は、信頼度算出部106によって算出された信頼度に応じて、データ取得部101が取得するマップデータ121の修正を指示する。例えば、データ修正指示部108は、セグメンテーション部102による分類結果(後処理部104により後処理が施された後の分類結果を含む)における信頼度が低い領域の面積割合が閾値を超える場合に、マップデータ121の修正を後述のデータ修正部109に指示してもよい。ここで、モデル更新部107による学習モデルの更新と、データ修正指示部108によるマップデータ121の修正は、例えば予め決定された優先順位に従って実行されてもよい。具体的には、学習モデルの修正を実行しても信頼度が改善しない場合にマップデータ121の修正が指示されてもよい。あるいは、画像において信頼度が低い領域が分散している場合にはモデル更新部107が学習モデルを更新し、信頼度が低い領域が集中している場合にはデータ修正指示部108がマップデータ121の修正を指示してもよい。
The data
データ修正部109は、データ修正指示部108の指示に従って、データ取得部101が取得するマップデータ121を修正する。マップデータ121の修正は、例えばセグメンテーションの対象になる画像データまたは局所分析データを修正する操作のガイドラインを提示し、ユーザがガイドラインに従って手作業で画像データまたは局所分析データを修正することによって実行されてもよい。あるいは、マップデータ121の修正は、A. Paul, A. Gangopadhyay, A. R. Chintha, D. P. Mukherjee, P. Das and S. Kundu, "Calculation of phase fraction in steel microstructure images using random forest classifier," IET Image Processing, Vol. 12, No. 8, August 2018, pp. 1370-1377やS. Banerjee et al., "Segmentation of three phase micrograph: an automated approach," CUBE '12: Proceedings of the CUBE International Information Technology Conference, September 2012, pp. 1-4に記載されたような手法を利用して自動的に実行されてもよい。
特性予測部110は、結果出力部105に出力される結果を用いて鋼材のミクロ組織の特性を予測する。具体的には、特性予測部110は、セグメンテーション部102による新たな分類結果(後処理部104により後処理が施された後の分類結果を含む)が取得されたときに、その新たな分類結果とデータベースに既に格納された結果データ123との類似度に基づいて、新たな分類結果によって表現される鋼材のミクロ組織の特性を予測する。結果データ123の類似度は、例えばセグメンテーションの対象になる画像データまたは局所分析データとタグ情報が共通または類似するか否かによって判定されてもよい。具体的には、鋼種区分(薄板、厚板、または鋼管など)、組成、熱処理、エッチング条件、撮影条件(SEM線源の種類など)が共通または類似する結果データ123が類似度の高い結果データとして抽出されてもよい。さらに、上記のA. Sekoらの文献に記載された手法やユークリッド距離、コサイン類似度などの指標を用いてセグメンテーションの対象になる画像データまたは局所分析データにデータ自体が類似する結果データ123を検索し、検索された結果データから鋼材のミクロ組織の特性を予測してもよい。
The
上記の場合において、鋼材の画像データまたは局所分析データにはタグ情報として例えば引張強度、穴広げ性、伸び、靭性、硬度などの力学特性が関連付けられていてもよい。この場合、特性予測部110は、セグメンテーション部102による新たな分類結果と結果データ123に格納された分類結果との類似度と、結果データ123に格納された分類結果に関連付けられた力学特性とに基づいて新たな分類結果に係る鋼材のミクロ組織の力学特性を予測してもよい。力学特性は連続値として予測されてもよいし、離散的なカテゴリとして予測されてもよい。特性を予測する際のモデルには、例えばscikit-learnライブラリ(https://scikit-learn.org/stable/)にあるSVM(Support Vector Machine)、RF(Random Forest)またはMLP(Multi-Layer Perceptron)、もしくはKerasライブラリ(https://keras.io/)にあるCNN(Convolutional Neural Network)などを利用することができる。
In the above case, the image data or local analysis data of the steel material may be associated with mechanical properties such as tensile strength, hole expandability, elongation, toughness, and hardness as tag information. In this case, the
図3は、本発明の一実施形態に係る解析装置においてモデルが更新される処理の例を示すフローチャートである。図示された例では、まず、データ取得部101が鋼材のミクロ組織の画像データまたは局所分析データを取得し(ステップS101)、セグメンテーション部102が学習モデルを用いてセグメンテーションを実行する(ステップS102)。さらに信頼度算出部106がセグメンテーション部102による分類結果の信頼度を算出する(ステップS103)。信頼度が閾値未満の場合(ステップS104のNO)、モデル更新部107が学習モデルを更新し(ステップS105)、更新された学習モデルを用いて同じ画像データまたは局所分析データに対してセグメンテーションが再度実行される(ステップS102)。再び信頼度が算出され(ステップS103)、信頼度が閾値以上の場合(ステップS104のYES)、セグメンテーション部102による分類結果が出力される(ステップS106)。このとき、特性予測部110が新たな分類結果に類似する既存の結果データ123を検索し(ステップS107)、検索された結果データから鋼材のミクロ組織の特性を予測してもよい(ステップS108)。
FIG. 3 is a flow chart showing an example of processing for updating a model in the analysis device according to one embodiment of the present invention. In the illustrated example, first, the
図4は、本発明の一実施形態に係る解析装置において入力のマップデータが修正される処理の例を示すフローチャートである。図示された例では、上記の図3の例と同様に処理が進められ、信頼度が閾値未満の場合(ステップS104のNO)、データ修正指示部108が画像データまたは局所分析データの修正をデータ修正部109に指示する(ステップS111)。指示に従って入力になる画像データまたは局所分析データが修正されると(ステップS112)、データ取得部101が修正された画像データまたは局所分析データを取得し(ステップS101)、以下同様に処理が実行される。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of processing for correcting input map data in the analysis device according to one embodiment of the present invention. In the illustrated example, the process proceeds in the same manner as in the example of FIG. 3 above, and if the reliability is less than the threshold (NO in step S104), the data
<実施例>
表1は、本発明の一実施形態に係る解析装置において引張強度の特性予測を行った結果を示している。引張強度の特性予測には、鋼材の炭素、マンガン、ケイ素の組成、フェライト分率、マルテンサイトおよび焼き戻しマルテンサイト分率、パーライト分率、オーステナイト分率、および残部組織の分率を持つタグ情報を用いた。なお、フェライト分率、マルテンサイトおよび焼き戻しマルテンサイト分率、パーライト分率、オーステナイト分率、および残部組織の分率は、それぞれ、結果出力部の画像セグメンテーション結果に基づいて算出された相分率の値が入力される。特性予測部においては、上記タグ情報を入力とし、引張強度(MPa)を出力とする回帰モデルを、SVM(Support Vector Machine)によって構築した。表1に示す鋼材Noは、タグ情報を管理するための番号であり、「教師データ」、「テストデータ」は上記回帰モデルの学習に用いた教師データか、上記回帰モデルの精度を検証するために利用したテストデータかの区分を示している。構築された回帰モデルの汎用性を示す意味で、教師データ、テストデータ双方の引張試験の結果を示している。なお、引張強さは、JIS Z 2241:2011の5号試験片を用いて、JIS Z 2241:2011に準拠して測定した。引張試験片の採取位置は、板幅方向の端部から1/4部分とした。表1には強度の実測値と合わせて、強度予測の結果を示しているが、テストデータの予測結果に対して平均して絶対誤差が12.0%を得ている。教師データの予測結果は、比較のために示しているが、8.80%の精度となり、過学習等を起こしている可能性はなく、モデルが正常に機能していることが確認できる。表1に示す検討では、教師データ数が20、テストデータ数が5の場合を示しているが、データ数を増やすことにより、より高精度を発揮することが期待できる。また、回帰モデルについても、データ数を増やすことによって、CNN(Convolutional Neural Network)モデルなどの複雑なモデルを学習に供することが可能となり、さらなる精度向上が期待できる。
<Example>
Table 1 shows the results of tensile strength property prediction performed by an analysis apparatus according to an embodiment of the present invention. For tensile strength property prediction, tag information with steel carbon, manganese, silicon composition, ferrite fraction, martensite and tempered martensite fraction, pearlite fraction, austenite fraction, and residual structure fraction was used. The ferrite fraction, martensite and tempered martensite fraction, pearlite fraction, austenite fraction, and residual structure fraction are phase fractions calculated based on the image segmentation results in the result output section. is entered. In the characteristic prediction unit, a regression model was constructed by SVM (Support Vector Machine), with the tag information as input and the tensile strength (MPa) as output. The steel No. shown in Table 1 is a number for managing tag information, and the "teaching data" and "test data" are teaching data used for learning the regression model, or for verifying the accuracy of the regression model. It shows the classification of the test data used for In the sense of showing the versatility of the constructed regression model, the results of tensile tests on both teacher data and test data are shown. The tensile strength was measured according to JIS Z 2241:2011 using a No. 5 test piece of JIS Z 2241:2011. Tensile test pieces were taken from the 1/4 part from the edge in the width direction of the sheet. Table 1 shows the strength prediction results together with the measured strength values, and an average absolute error of 12.0% is obtained for the test data prediction results. Although the prediction result of the training data is shown for comparison, the accuracy is 8.80%, and it can be confirmed that the model is functioning normally without the possibility of over-learning or the like. In the study shown in Table 1, the number of teacher data is 20 and the number of test data is 5, but it is expected that higher accuracy can be achieved by increasing the number of data. As for the regression model, increasing the number of data makes it possible to use a complicated model such as a CNN (Convolutional Neural Network) model for learning, and further improvement in accuracy can be expected.
以上で説明したような本発明の一実施形態および実施例によれば、従来は熟練者の目視判定を必要としていた鉄鋼のミクロ組織の識別を、機械学習アルゴリズムと画像処理アルゴリズムを組み合わせて画像データまたは局所分析データを解析することで自動化し、省力化が可能になるのに加えて定量性を担保し、識別範囲を広範囲化することができる。また、画像データまたは局所分析データにデータの取得手法(OM、SEM、EPMAまたはEBSD)などを含むタグ情報を関連付け、タグ情報に応じて構築された学習モデルを用いてセグメンテーションを実行することによって、データの取得手法や撮影条件の変更に応じて最適な学習モデルを用いてセグメンテーションを実行し、鋼材のミクロ組織の特性推定の汎用性および定量性を担保し、可用性を向上させることができる。 According to the embodiment and example of the present invention as described above, identification of the microstructure of steel, which conventionally required visual judgment by an expert, can be performed by combining a machine learning algorithm and an image processing algorithm. Alternatively, by analyzing the local analysis data, it is possible to automate and save labor, secure quantification, and widen the identification range. In addition, by associating tag information including data acquisition methods (OM, SEM, EPMA or EBSD) with image data or local analysis data and performing segmentation using a learning model constructed according to the tag information, Segmentation is performed using an optimal learning model according to changes in data acquisition methods and imaging conditions, ensuring versatility and quantitativeness in estimating the microstructure characteristics of steel materials, and improving usability.
また、画像データまたは局所分析データに関連付けられるタグ情報には、例えばSEM線源の種類のような撮影条件が含まれてもよい。例えば、学習モデルの教師データとセグメンテーションの対象になるデータとの間で撮影条件が異なる場合には組織識別の精度が低下する可能性があるが、本実施形態では例えばセグメンテーション部102による分類結果信頼度が低下した場合にタグ情報に基づいてセグメンテーションに用いられる学習モデルが更新されるため、精度の低下を防止できる。 Tag information associated with image data or local analysis data may also include imaging conditions such as, for example, SEM source type. For example, if the imaging conditions differ between the teacher data of the learning model and the data to be segmented, the accuracy of tissue identification may decrease. Since the learning model used for segmentation is updated based on the tag information when the accuracy is lowered, it is possible to prevent the accuracy from being lowered.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。本発明の属する技術の分野の当業者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to these examples. It is obvious that a person skilled in the art of the technical field to which the present invention belongs can conceive of various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Naturally, it is understood that it belongs to the technical scope of the present invention.
100…解析装置、101…データ取得部、102…セグメンテーション部、103…モデル構築部、104…後処理部、105…結果出力部、106…信頼度算出部、107…モデル更新部、108…データ修正指示部、109…データ修正部、110…特性予測部、121…マップデータ、122…モデルデータ、123…結果データ。
100... Analysis device, 101... Data acquisition unit, 102... Segmentation unit, 103... Model construction unit, 104... Post-processing unit, 105... Result output unit, 106... Reliability calculation unit, 107... Model update unit, 108... Data
Claims (11)
前記マップデータに関連付けられたタグ情報に応じて構築された学習モデルを用いて前記マップデータの要素をセグメントに分類するセグメンテーション部と
を備える解析装置。 a data acquisition unit that acquires map data representing the microstructure of the steel;
and a segmentation unit that classifies elements of the map data into segments using a learning model constructed according to tag information associated with the map data.
前記信頼度に応じて前記学習モデルを更新するモデル更新部と
をさらに備える、請求項1に記載の解析装置。 a reliability calculation unit that calculates the reliability of the classification result by the segmentation unit;
The analysis device according to claim 1, further comprising: a model updating unit that updates said learning model according to said reliability.
前記信頼度に応じて前記マップデータの修正を指示するデータ修正指示部と
をさらに備える、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の解析装置。 a reliability calculation unit that calculates the reliability of the classification result by the segmentation unit;
The analysis device according to any one of claims 1 to 5, further comprising: a data correction instructing section that instructs correction of the map data according to the reliability.
前記セグメンテーション部による新たな分類結果が取得されたときに、前記新たな分類結果と前記データベースに既に格納された前記分類結果との類似度に基づいて、前記新たな分類結果によって表現される前記鋼材のミクロ組織の特性を予測する特性予測部と
をさらに備える、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の解析装置。 a result output unit for outputting a result of classification by the segmentation unit to a database;
When a new classification result is obtained by the segmentation unit, the steel material represented by the new classification result based on the degree of similarity between the new classification result and the classification result already stored in the database. 7. The analyzing apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a property prediction unit that predicts properties of the microstructure of.
前記タグ情報は、前記画像データまたは前記局所分析データの取得手法を含む、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の解析装置。 The map data includes at least one of image data and local analysis data of the microstructure of the steel material,
The analysis device according to any one of claims 1 to 7, wherein the tag information includes an acquisition method of the image data or the local analysis data.
前記マップデータに関連付けられたタグ情報に応じて構築された学習モデルを用いて前記マップデータの要素をセグメントに分類するステップと
を含む解析方法。 obtaining map data representing the microstructure of the steel;
and classifying elements of the map data into segments using a learning model constructed according to tag information associated with the map data.
前記マップデータに関連付けられたタグ情報に応じて構築された学習モデルを用いて前記マップデータの要素をセグメントに分類するセグメンテーション部と
を備える解析装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。 a data acquisition unit that acquires map data representing the microstructure of the steel;
A program for causing a computer to function as an analysis device, comprising: a segmentation unit that classifies elements of the map data into segments using a learning model constructed according to tag information associated with the map data.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021036508A JP2022136745A (en) | 2021-03-08 | 2021-03-08 | Analysis device, analysis method and program |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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